Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

08 ЛДУ 2

.pdf
Скачиваний:
13
Добавлен:
12.02.2015
Размер:
439.98 Кб
Скачать

При выполнении условий (17)

 

 

 

n

 

n

n

x yi x ,

 

y Ci x yi x Ci

x yi x Ci

 

 

 

 

i 1

 

i 1

i 1

 

 

y

 

 

n

 

n

n

x yi x ,

 

 

Ci x yi

x Ci

x yi x Ci

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i 1

 

i 1

i 1

 

 

 

 

 

……………………………………………

(18)

 

 

n

 

 

n

n

 

 

y n 1 Ci x yi n 2

x Ci

x yi n 1 x Ci x yi n 1 x ,

 

 

i 1

 

 

i 1

i 1

 

n

 

 

 

 

n

 

n

 

y n Ci x yi n 1 x

Ci x yi n x f (x) Ci x yi n x .

 

i 1

 

 

 

 

i 1

 

i 1

 

Подставляя (18) и функцию (16) в уравнение (13), будем иметь

 

n

 

 

x yi n x a1 x yi n-1 x an x yi x 0 .

 

Ci

 

i 1

Последнее соотношение является тождеством на отрезке [a,b] , поскольку по предположению функции yi x , i 1, n являются решением линейного однородного уравнения

(14).

Таким образом, при выполнении условий (17) функция y(x) , определяемая

формулой (16), является решением линейного неоднородного дифференциального уравнения (13).

Определитель матрицы коэффициентов системы (17) является вронскианом W y1, y2 , , yn , и, следовательно, отличен от нуля на отрезке [a,b] , поскольку

y1, y2 , , yn – фундаментальная система решений однородного уравнения (14). Поэто-

му система (17) имеет единственное решение Ci x i

x , i

 

, откуда

1, n

Ci x i x dx Ci ,

(19)

где Ci , i 1, n – произвольные постоянные. Подставляя (19) в (16), находим общее решение уравнения (13).

В частности, для уравнения второго порядка

y a1 (x) y a2 (x) y f (x)

система (17) имеет вид

 

x y1

 

x y2 x 0,

 

 

C1

x C2

(20)

C1

x y1

x C2

 

 

x y2 x f x .

 

 

 

 

 

 

 

Решая ее по формулам Крамера, имеем

11

 

x

 

y2 x

 

:

 

y1 x

y2 x

 

 

 

 

f x y2 x

,

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C1

f x

y2 x

 

 

y1 x

y2 x

 

 

y1

x y2 x y1

x y2 x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

f x y1 x

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C2

 

y1 x y2

x y1

x y2 x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

так что

C1

x

 

f x y2

x

 

dx C1

,

y1

x y2 x y1

x y2 x

 

 

 

 

 

 

 

 

C2

x

 

f x y1

x

 

dx C2 .

y1

x y2 x y1 x y2 x

 

 

 

 

 

 

Пример 11. Зная, что функции

y (x)

cos x

,

y

 

(x)

sin x

образуют фундамен-

 

2

 

 

1

x

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

тальную систему решений уравнения y 2x y y 0 , методом вариации произвольных решить уравнение

y 2x y y 1.

Искомое решение ищем в виде

y C x

cos x

C

 

x

sin x

.

 

2

 

1

x

 

 

x

 

 

 

 

Для нахождения функций C1 x , C2 x составляем систему (20) относительно производных этих функций:

 

x

cos x

 

 

 

x

sin x

0,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C1

 

x

C2

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cos x

 

 

sin x

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

x

 

 

 

1.

C1

 

C2

 

 

x

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

Подставляя

 

x

cos x

 

x во второе уравнение, получаем

 

 

C2

sin x

C1

 

 

 

 

 

C1

xsin x cos x

x

 

 

x2

 

 

Интегрируя, находим

 

cos x

 

x cos x sin x

1

 

C1 (x) xsin x,

 

 

 

 

 

 

(x) x cos x.

 

 

2

 

sin x

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C2

 

 

 

 

 

 

C1 (x) xsin xdx C1

x cos x sin x C1 ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C2 (x) x cos xdx C1

xsin x cos x C2 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таким образом, общим решением исходного уравнения является функция

 

 

 

 

 

y x cos x sin x C

cos x

xsin x cos x C

 

 

sin x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

x

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

cos x

C

 

sin x

 

x cos2 x sin x cos x xsin 2 x cos xsin x

C

cos x

C

 

sin x

1

. ▲

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

1

x

 

x

 

 

x

 

 

 

1

x

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12